수질 모델링의 필요성, 역할과 목적, 구조, 프로그램들

 

수질모델링에 관하여 공부해보자

수질 모델링이란 수체 내에서 일어나는 오염물질의 변화 현상 및 상호관계를 정량적으로 표현하는 것을 말한다. 오염물질 유입 및 수체 내 수질 반응을 고려한 수질의 현황 평가가 가능하다. 수질 모델링에 관하여 알아보고 프로그램에 관하여 몇 가지 소개해 보았다. 

 

수질 모델링의 필요성

수질 모델링이 필요한 이유는 각 인자들의 정량화를 통해 오염물질의 발생 이동을 예측할 수 있고 다양한 조건에서 오염물질의 미래 발생 패턴이 예측할 수 있기 때문이다. 수자원 및 수질공학과 시스템에 관하여 파악하고 관리하기 위해 매우 중요한 도구라고 할 수 있다. 수질 모델링은 수질을 관리하는 데 필수적인 도구라고 할 수 있다. 공중 보건을 보호하고 수자원의 지속 가능한 사용을 보장해주며 환경을 보호하는 데 도움이 된다. 

 

수질 모델링의 역할과 목적

수질 모델링의 역할은 크게 네 가지가 있다. 첫째, 화합물의 반응과 분리 및 이동을 정량화함으로써 물질의 이동과 수송형태를 구형하는 것이다. 두 번째, 시간적인 흐름에 따른 물질의 화학적 노출 농도를 계산한다. 또한, 다양한 시나리오 조건에 따른 미래 환경영향을 예측하는 것이고 환경 정책상의 의사결정 도구의 역할을 한다. 

 수질 모델링은 다양한 목적으로 사용되고 있다. 수질 환경 규제 기관이 수질 기준을 충족하는지 파악하고 잠재적 오염원을 식별함으로써 규제를 준수하도록 하게 할 수 있다. 수질 모델링은 새로운 개발과 이에 따른 토지 이용변화가 수질에 어떤 잠재적 영향을 줄 수 있는지 평가하는데 사용할 수도 있다. 또한, 수자원 보호를 위한 영역을 알아내고 우선 순위를 지정하며 수질 오염 방지를 위한 전략을 수립하는 데 도움이 될 수 있다. 환경영향평가에도 많이 사용 된다. 수질 모델링을 통하여 건설, 채광 등 개발 활동의 잠재적인 환경 영향을 평가할 수 있다. 

 

 수질 모델링의 구조 

수질 모델링의 구조

 1단계는 전처리에서 입력 자료의 가공 및 작성을 한다. 2단계에서 수리 모델, 수송 모델, 수질모델로 단순화 및 정량화하고 수학적 모델을 구축한다. 마지막으로 3단계에서 모델링 결과를 시각적으로 가시화한다. 여기서 단순화의 예를 들자면 지형의 단순화나 반응 메커니즘의 단순화 같은 것이다. 

 

수학적 모델(1)

물질수지모델

축적은 유입에서 유출을 뺀 것을 말하며 플러스 마이너스 반응 정도가 있다. 화합물의 종류에 따라 반응성의 유무를 결정한다. 

 

* 물질 종류별 반응 

1. 생성반응(+) : 화학반응 생성물, 조류성장, 박테리아 성장, 기체 흡수, 화학적 탈착

2. 분해 반응(-) : 화학반응 반응물, BOD, 방사성동위원소 붕괴, 침전, 박테리아 사멸, 유기물 분해, 기체 탈취, 화학적 흡착

3. 비 반응성 물질 : 염류, 염소, 브롬, TDS, 난분해성 유기물, 총 금속, 안전한 동위원소 

 

수학적 모델 (2) 

* 물질의 이동 

화학물질의 주요 이동 현상은 크게 세 가지가 있는데 이송, 난류 확산, 확산이다. 이송은 용존 물질 또는 미립자가 흐름 방향으로 이동하는 것을 말한다. 난류 확산은 용존 물질이나 미립자가 미시적 크기의 난류에 의해서 혼합되는 것을 말하며 확산은 난류 확산 간의 상호작용에 의해 발생하는 더 큰 혼합 양상을 말한다. 

 

상용 수질모델링 S/W (수질모델링 프로그램)

1. 1단계 : CAD, ESRI, 엑셀, WMA, SMS 등

2. 2단계 : CE-QUAL-W2, RMA2/4, WASP(1차원적 수리모델과 1~3차원적 수리 모델로 구성되어 있다.)

3. 2&3단계 : EFDC, QUAL2E(흐름방향의 1차원 정상상태 수질 모형)

4. 1,2&3단계 : MIKE3, GEMSS(수심 평균화 2차원 비정상상태 모델)

5. 3단계 : SMS, SURFER, ARRAY VIEWER

6. WQRRS : 흐름 방향의 1차원 정상상태 수질 모형

7. CE-QUAL-R/V1 : 횡방향 평균화 1차원, 비정상상태 모델

8. GEMSS : 3차원 시변화 수리 및 수질, 모델링 지원을 위한 통합시스템